第四章 核酸的分子識別

第四章

核酸的分子識別核酸是重要的生命物質(zhì)基礎(chǔ)，對生物的生長、發(fā)育和繁殖等有重要作用。許多分子可以與核酸發(fā)生相互作用，破壞其模板作用，使核酸鏈斷裂，進而影響基因調(diào)控和表達(dá)功能。小分子不僅可作為生物探針用于核酸的結(jié)構(gòu)與功能研究，還可以核酸（DNA，RNA）為靶目標(biāo)作為抗腫瘤、抗病毒、抗菌等藥物的母體。因此，測定小分子化合物與核酸相互作用的親和力，了解其相互作用的選擇性有利于進一步探討小分子的結(jié)構(gòu)與核酸作用模式及其生物活性之間的關(guān)系。第一節(jié)DNA的分子識別小分子化合物與生物大分子DNA特異性的定位結(jié)合，在基因表達(dá)的調(diào)控過程及很多抗癌藥物的體內(nèi)作用方式的研究中非常重要。第一，DNA靶向化合物可以作為核酸探針的選擇對象；第二，臨床上使用的許多抗癌藥物都以DNA為作用靶點，通過與癌細(xì)胞DNA發(fā)生相互作用破壞其結(jié)構(gòu)，進而影響基因調(diào)控與表達(dá)功能，表現(xiàn)出抗癌活性；第三，一些致癌物也能與DNA形成加合物，這種DNA加合物也是可能癌變的預(yù)警標(biāo)志物。因此，小分子與DNA的相互作用的研究不僅有利于探索和開發(fā)新的核酸探針，而且有助于從分子水平上了解抗癌藥物的作用機理，闡明有毒物的致癌、致畸的分子生物學(xué)機理，為設(shè)計臨床上更為有效的抗癌藥物提供理論指導(dǎo)。一，DNA的結(jié)構(gòu)類型

1953年，Watson和Crick在前人工作的基礎(chǔ)上，首先提出DNA分子的右旋雙螺旋結(jié)構(gòu)。他們是以在生理鹽溶液中抽出的DNA纖維，在92%相對濕度下進行X—射線衍射圖譜測定而推設(shè)的，在這一條件下得到的DNA，稱為B-DNA。經(jīng)過二、三十年的研究，人們發(fā)現(xiàn)DNA不僅能形成右手雙螺旋，也能形成左手雙螺旋，甚至還能形成三股螺旋和四鏈體等多種形式。

G-四鏈體(b)i-四鏈體(c)左旋發(fā)卡結(jié)構(gòu)(d)平行三螺旋(e)A-配對模式(f)交叉節(jié)

1，DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋是由兩條走向相反的互補脫氧多核苷酸鏈組成的右手螺旋，螺旋的外側(cè)是磷酸和脫氧核糖間隔排列連接成的親水主鏈，內(nèi)側(cè)是疏水的A-T、G-C堿基對彼此由氫鍵相連，雙螺旋表面形成一條大溝和一條小溝。DNA的構(gòu)型除主要以Watson和Crick提出的右手雙螺旋構(gòu)型（B-DNA）存在外，還有許多變型。也就是說DNA的結(jié)構(gòu)是動態(tài)的，DNA可以隨著環(huán)境的變化通過將自身扭曲、旋轉(zhuǎn)、拉伸的方式把自身的構(gòu)型調(diào)整為另一種完全不同的結(jié)構(gòu)。

如在相對濕度為75%測出的DNA分子是A構(gòu)象(A-DNA)，這一構(gòu)象不僅出現(xiàn)于脫水DNA中，還出現(xiàn)在RNA分子的雙螺旋區(qū)域和DNA-RNA雜交分子中，因此在DNA轉(zhuǎn)錄時，很可能發(fā)生B→A型的轉(zhuǎn)變。將相對濕度進一步降到66%時，就會出現(xiàn)C型DNA(C-DNA)，這一構(gòu)象僅在實驗室中觀察到，在生物體中還未發(fā)現(xiàn)。而活細(xì)胞中絕大多數(shù)DNA以B-DNA形式存在。這些研究表明DNA分子結(jié)構(gòu)在不同條件下可以有所不同，但它們均為右手雙螺旋，且螺旋的表面都有一條大溝和一條小溝。B-DNA036.00.3373.410C-DNA638.00.3313.19.3D-DNA

45.00.303

雙螺旋堿基傾角/(°)堿基夾角(°)堿基間距/nm螺距/nm每輪堿基數(shù)A-DAN2032.70.2562.811DNA分子在水、乙醇中的B、A型雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)差異來源于核酸骨架構(gòu)象固有的可伸縮性，如五元糖環(huán)的可折疊性以及糖苷鍵的旋轉(zhuǎn)。其中糖環(huán)的構(gòu)型、堿基相對糖環(huán)的順式或反式構(gòu)型是核酸構(gòu)型的重要結(jié)構(gòu)特征。而除了Watson-Crick堿基配對方式(G-C之間形成3個氫鍵，A-T之間形成2個氫鍵)外，還發(fā)現(xiàn)有另外27種在任何2個堿基之間形成至少2個氫鍵的截然不同的可能方式。其中包括9種形式的嘌呤-嘧啶的堿基配對、7種嘌呤-嘌呤的堿基對、4種異型嘌呤-嘌呤的堿基對、7種嘧啶-嘧啶的堿基對。另一種著名的配對形式叫做Hoogsteen堿基配對，在腺嘌呤和胸腺嘧啶之間形成氫鍵。2，DNA的左手雙螺旋結(jié)構(gòu)1979年美國麻省理工學(xué)院的AlexanderRich和他的研究小組在研究人工合成的CGCGCG單晶時，發(fā)現(xiàn)該單晶呈向左的螺旋，且它的兩條主鏈呈Z字形環(huán)繞分子，Rich就將這種獨特的結(jié)構(gòu)稱為Z-DNA。后來發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞DNA分子中也存在有Z-DNA結(jié)構(gòu)。左手DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（Z-DNA）的形成是DNA單鏈上出現(xiàn)嘌呤和嘧啶交替排列所造成的，如CGCGCG或CACACA。在細(xì)胞內(nèi)盡管DNA上具有這樣的區(qū)段，但在正常情況下DNA仍形成穩(wěn)定的B-DNA結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)胞嘧啶的第5位碳原子甲基化時，在甲基的周圍形成局部疏水區(qū)，這一區(qū)域擴展到B-DNA大溝中，使B-DNA不穩(wěn)定而轉(zhuǎn)變成Z-DNA。這種C5甲基化現(xiàn)象在真核生物中是常見的，因此B構(gòu)象的DNA中存在Z-DNA構(gòu)象是可能的?，F(xiàn)已證明Z-DNA參與基因調(diào)節(jié)-控制基因的啟閉。因為Z-DNA的形成，使局部DNA雙鏈處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這就有利于DNA雙鏈解開，而DNA解鏈?zhǔn)荄NA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的必要環(huán)節(jié)。Rich小組利用Z-DNA抗體，證實在DNA調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的區(qū)域中存在Z-DNA(一個DNA短的片段)，并發(fā)現(xiàn)這種短的片段既能增強基因的活性，亦能抑制附近基因的活化，這主要取決于環(huán)境的不同。在細(xì)胞分裂過程中，Z-DNA可能還參與基因的重組。另外，由于Z-DNA分子中大溝消失，小溝深而狹，含有更多的遺傳信息，也可能通過蛋白的不同識別方式，來調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生命活動。3、DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)1957年，A.Rich等用兩條多聚尿嘧啶核苷酸鏈和一條多聚腺嘌呤核苷酸鏈合成出一種三鏈結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，并提出了DNA三螺旋結(jié)構(gòu)的概念。近年來對于DNA三螺旋結(jié)構(gòu)和功能的研究已經(jīng)取得了很大的進展。DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)與雙螺旋結(jié)構(gòu)相似，都是通過DNA單鏈之間形成氫鍵實現(xiàn)的。

H-DNA是一個分子內(nèi)的三螺旋結(jié)構(gòu)，鏈上含有較長的多聚嘌呤-多聚嘧啶的DNA序列，在低pH值條件下會形成H-DNA。在這個結(jié)構(gòu)中，富含嘧啶的鏈與其互補的鏈部分解離，然后平行地結(jié)合在Watson-Crick雙鏈的大溝中。一般認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)在基因的表達(dá)中對轉(zhuǎn)錄的控制有一定的作用。另外人工合成的多聚核苷酸和寡核苷酸也形成這種類似結(jié)構(gòu)。體外實驗表明,三螺旋DNA的形成阻礙了由DNA聚合酶催化的DNA的合成,抑制了基因的表達(dá)。

DNA三螺旋結(jié)構(gòu)的特點

1）組成三螺旋的DNA單鏈，一般都是由單一的嘌呤堿基（A和G）或單一的嘧啶堿基（C和T）所組成。（2）DNA三螺旋的基本結(jié)構(gòu)有兩種，一種是由兩條多聚嘧啶堿基核苷酸鏈和一條多聚嘌呤堿基核苷酸鏈組成，即嘧啶-嘌呤-嘧啶。三條鏈中堿基形成氫鍵的情況是：T-A-T,C-G-C。第二種是由兩條多聚嘌呤堿基核苷酸鏈和一條多聚嘧啶堿基核苷酸鏈組成，簡單表示為嘌呤-嘌呤-嘧啶。三條鏈中堿基形成氫鍵的情況是：A-A-T，G-G-C。上述兩種結(jié)構(gòu)中，中間的堿基必須是嘌呤堿基。（3）每一條單鏈至少由8個核苷酸組成。

DNA三螺旋結(jié)構(gòu)的三種示意圖

4、G-四鏈體

G-DNA是四鏈的核酸，在金屬陽離子的參與下形成的一個獨特結(jié)構(gòu)。最早有關(guān)四鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)是在1992年通過對富含鳥嘌呤的DNA序列進行x射線晶體衍射和NMR研究得到的。人們發(fā)現(xiàn)在染色體端粒末端以及一些重要的腫瘤基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)，具有這種特殊的結(jié)構(gòu)序列。因為腫瘤基因表達(dá)的端粒維持機制和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)已成為腫瘤藥物設(shè)計的重要靶點，所以G-四鏈體結(jié)構(gòu)有可能成為抗腫瘤藥物的新靶點。

G-四鏈體DNA由堆積的G-四分體組成，而每個四分體則由4個鳥嘌呤以環(huán)狀氫鍵作用平面互聯(lián)構(gòu)成。一價陽離子如K+或Na+能穩(wěn)定G-四鏈體，推測其可能是通過與四分體中8個羰基氧原子的相互作用所致?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，體外存在著幾種G-四鏈體結(jié)構(gòu)，根據(jù)它們的分子特性及螺旋取向，G-四鏈體可分為如下幾類：①含有鳥嘌呤重復(fù)序列的4個TTAGGG單鏈所形成的分子間四鏈體[即平行型四鏈體]；②含有兩個或多個鳥嘌呤重復(fù)序列[(TTAGGG)n，n>2]的DNA可形成G-G發(fā)夾型(hairpin)，接著雙分子化構(gòu)成幾種穩(wěn)定的雙分子四鏈體結(jié)構(gòu)；③具有4個或更長的鳥嘌呤重復(fù)序列[(TTAGGG)n，n≥2]可以自身折疊形成分子內(nèi)的四鏈體結(jié)構(gòu)[即自身折疊型(foldover)四鏈體。i-motif（C-四鏈體）四鏈核酸結(jié)構(gòu)除了G-四鏈體,還包括C-四鏈體(i-motif).胞嘧啶C在低pH時發(fā)生質(zhì)子化生成胞嘧啶C+,C+一定程度上與G相似,與C形成三組氫鍵的C?C+配對.體外研究發(fā)現(xiàn),富含C的寡核苷酸片段容易發(fā)生部分質(zhì)子化,C與C+發(fā)生配對形成平行的雙鏈結(jié)構(gòu),兩條雙鏈之間通過C?C+反向互相識別,從而形成了一種新的四鏈結(jié)構(gòu)稱為i-motif結(jié)構(gòu)。i-motif結(jié)構(gòu)可由富含C的單分子DNA序列反復(fù)折疊、折疊的雙分子序列或四個單分子序列的相互作用形成。一些蛋白能夠選擇性地和這種四鏈結(jié)構(gòu)結(jié)合，因此C-四鏈體的研究具有重要的生物學(xué)意義。G-四鏈體可能的生物學(xué)作用

盡管含有G重復(fù)序列的DNA在體外Na+或K+的生理濃度下，可以很容易形成G-四鏈體結(jié)構(gòu)，但在體內(nèi)G-四鏈體的形成可能要復(fù)雜得多。首先是含重復(fù)G堿基的基因組在細(xì)胞周期中通過堿基配對形成穩(wěn)定的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)；其次，在體內(nèi)DNA通常與特異或非特一性蛋白質(zhì)結(jié)合在一起；再者，體外分子間G-四鏈體的形成需要較高的DNA濃度，這在體內(nèi)不可能實現(xiàn)，況且在體內(nèi)G-四鏈體的形成可能不需要如此高的DNA濃度。G-四鏈體可能為一正常結(jié)構(gòu)，其在細(xì)胞內(nèi)可自行聚集和解聚。由于在復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄和端粒DNA延長過程中，雙鏈DNA在細(xì)胞內(nèi)會短暫地分離為單鏈，因此為富含G的DNA鏈形成G-四鏈體提供了機會。端粒的保護和延長

端粒是真核細(xì)胞中線性染色體的特殊末端。由呈串聯(lián)排列的雙鏈重復(fù)亞單位DNA片斷和一段單鏈富含G重復(fù)亞單位(TTAGGG)的突出及端粒結(jié)合蛋白所構(gòu)成。為避免端粒的降解、端端融合、重排和丟失而引起基因不穩(wěn)定和細(xì)胞衰老，維持單鏈突出的完整性是細(xì)胞存活所必須的，而G-四鏈體的形成提供了保護3′-末端突出的可能的分子機制。其可能的機制是，端粒DNA短暫地形成自身折疊型G-四鏈體結(jié)構(gòu)，從而提供牽引力以置換及幫助DNA底物和RNA模板所形成的堿基對向后移動一個重復(fù)序列；其后，在端粒DNA和RNA重新配對進行下一個延長循環(huán)前，G-四鏈體又解聚為一單鏈。

端粒DNA含有許多短的重復(fù)序列，這種富含G的核酸鏈有一段突出的單鏈，G-四鏈在這里形成。正常的體細(xì)胞在連續(xù)不斷的細(xì)胞分裂循環(huán)中會逐漸丟失端粒的重復(fù)序列，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這個過程被端粒酶補償。端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它用于延長端粒DNA的3’-末端。在正常的體細(xì)胞中端粒酶不被激活，相反80％-90％的腫瘤細(xì)胞都表現(xiàn)出端粒酶的活性。端粒酶維持端粒的長度，從而也維持了細(xì)胞分裂的能力。端粒酶在腫瘤細(xì)胞中高度表達(dá)，被作為很有前景的癌癥治療靶標(biāo)。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

某些重要基因的啟動區(qū)，例如人或雞β-珠蛋白基因、兔前胰島素原II基因、腺病毒血清型2、視網(wǎng)膜神經(jīng)蝕質(zhì)瘤敏感性基因和c-Myc基因中，皆發(fā)現(xiàn)有富含G的重復(fù)序列，因此它們都具有形成G-四鏈體結(jié)構(gòu)的可能性；通過查找基因數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)其他一些腫瘤基因啟動區(qū)也具有富含G的重復(fù)序列。這些發(fā)現(xiàn)促使研究人員推測G-四鏈體在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過程中起一定作用。另外，G-四鏈體能阻斷RNA聚合酶。因此當(dāng)基因密碼區(qū)的富含G重復(fù)序列形成G-四鏈體，而又不易解聚時，可能會起到抑制RNA聚合酶的作用，從而引起早期轉(zhuǎn)錄的停止。5，DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

超螺旋（Supercoil），簡單地說就是螺旋的螺旋。超螺旋的形成不是一個隨機過程，而是當(dāng)DNA存在一定張力時才會形成。由于DNA雙螺旋的盤繞過度或不足，使DNA分子處于一種張力狀態(tài)，在封閉環(huán)狀DNA分子中的這種張力不能釋放出來，就會形成超螺旋。超螺旋的形式中心軸的盤繞同雙螺旋兩條鏈盤繞的方向相反，稱為負(fù)超螺旋。負(fù)超螺旋能讓DNA分子通過調(diào)整雙螺旋本身的結(jié)構(gòu)來減少這種張力。一般是減少每個堿基對的旋轉(zhuǎn)，即放松兩股鏈彼此的盤繞，所以把具有負(fù)超螺旋的DNA稱為盤繞不足DNA。如果負(fù)超螺旋產(chǎn)生的張力較大，可能破壞局部的堿基配對，而使雙螺旋局部解鏈。正超螺旋會使螺旋更加緊密，所以把正超螺旋稱為過分盤繞DNA。幾乎所有天然DNA都是負(fù)超螺旋類型。(a)松弛環(huán)狀DNA

(b)負(fù)超螺旋的DNA

(c)負(fù)超螺旋引起鏈的分離超螺旋的形式中心軸的盤繞同雙螺旋兩條鏈盤繞的方向相反，稱為負(fù)超螺旋。負(fù)超螺旋能讓DNA分子通過調(diào)整雙螺旋本身的結(jié)構(gòu)來減少這種張力。一般是減少每個堿基對的旋轉(zhuǎn)，即放松兩股鏈彼此的盤繞，所以把具有負(fù)超螺旋的DNA稱為盤繞不足DNA。如果負(fù)超螺旋產(chǎn)生的張力較大，可能破壞局部的堿基配對，而使雙螺旋局部解鏈。正超螺旋會使螺旋更加緊密，所以把正超螺旋稱為過分盤繞DNA。幾乎所有天然DNA都是負(fù)超螺旋類型。DNA超螺旋是一種幾乎全部DNA具有的屬性。質(zhì)粒，細(xì)菌染色體，線粒體和葉綠體以及許多病毒基因組均以閉合環(huán)狀DNA出現(xiàn)，Lk是這種分子的固有屬性。DNA超螺旋對DNA協(xié)作過程有直接或間接的影響,大多涉及到特定蛋白質(zhì)和DNA相互作用。與自由DNA相比，負(fù)超螺旋DNA(自然界更常見)是一個高能量構(gòu)象，這種額外的能量可通過蛋白質(zhì)的結(jié)合而釋放。6、DNA的彎曲結(jié)構(gòu)DNA彎曲一直是一重要而又令人難以理解的問題，這一問題有明顯的生物學(xué)意義.諸如核小體中DNA卷曲、限制性內(nèi)切酶對特殊位點的識別、代謝激活蛋白(CAP)和TATA結(jié)合蛋白(TBP)等與DNA的結(jié)合常常涉及DNA的明顯彎曲。核小體核小體以組蛋白H2A、H2B、H3及H4各2個分子組成的八聚體為核心，雙股螺旋DNA分子繞在每個八聚體外面這一段DNA分子，叫核小體。核小體進一步演變?yōu)樗^染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)一螺旋管。螺旋管還需要進一步的折疊和盤曲。再經(jīng)過折疊，成為染色單體。7，核酸凸起結(jié)構(gòu)(Bulge)

在雙鏈DNA或RNA中存在未配對的核苷酸時，會形成凸起(bulgedloop)，凸起處可以有一個或多個堿基，根據(jù)凸起所在位置，可以分為如圖所示的幾種類型。DNA和RNA都可以形成三向或四向聯(lián)結(jié)體(threewayorfour-wayjunction)。在DNA中發(fā)現(xiàn)兩種類型的四向連接，即十字形(cruciform)和Ho11iday聯(lián)結(jié)體。十字形是在超螺旋DNA中形成的一種分子內(nèi)結(jié)構(gòu)．而Holliday結(jié)構(gòu)連接兩個分離的DNA分子，這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在基因重組過程中。十字形連接在反向重復(fù)序列或回文序列中形成，它包含三個部分，即環(huán)、莖和四向連接。通常莖為B-構(gòu)型，且堿基完全配對。環(huán)是單鏈結(jié)構(gòu)，位于每個包含有2個或多個未配對堿基的莖的末端。Holliday聯(lián)結(jié)體出現(xiàn)于兩個同源的DNA序列。序列的等同性使一條鏈既可以與原來的互補鏈的堿基配對，也可以與第二條雙鏈的互補區(qū)域的堿基配對。形成Ho11iday聯(lián)結(jié)體要求這兩條螺旋鏈處于鄰近位置，以便于產(chǎn)生溝-骨架的相互作用(DNA的自適應(yīng))。Holliday聯(lián)結(jié)體一旦形成，將出現(xiàn)兩種過程：一是支鏈的遷移，此過程中同源雙鏈之間的堿基對發(fā)生交換，Ho11iday聯(lián)結(jié)體沿著DNA螺旋移動。二是Holliday的溶解消逝，此過程中四條鏈中的兩條鏈被酶切斷，產(chǎn)生兩個對稱的雙螺旋。四向聯(lián)結(jié)體結(jié)構(gòu)在真核和原核生物中都參與重要的生物學(xué)過程。十字形結(jié)構(gòu)短暫的形成是DNA復(fù)制起始的先決條件。Ho11iday聯(lián)結(jié)體在染色體重組中出現(xiàn)，參與基因表達(dá)和核酸損傷的修復(fù)。Ho11iday聯(lián)結(jié)體可認(rèn)為是兩個雙螺旋共線締合形成的一個類似于X形的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要特征，一是連接臀通過螺旋-螺旋堆積作用締合成對，因相互堆積的螺旋對的不同而可能出現(xiàn)兩種構(gòu)型；二是在這個結(jié)構(gòu)中有兩個對稱鈾，從而產(chǎn)生了兩組不同鏈-有兩條鏈連續(xù)地通過鏈的交叉點，而另兩條鏈則在兩個雙螺旋之間交換。

二、雙鏈DNA的分子識別化合物與DNA的結(jié)合方式根據(jù)DNA分子結(jié)構(gòu)特點，作用于DNA的小分子藥物一般又分為烷化劑（包括交聯(lián)劑）、嵌入劑、DNA溝區(qū)結(jié)合劑以及DNA斷裂劑。許多新型的DNA結(jié)合劑常常具有雙重特點，如將具有選擇性的溝區(qū)結(jié)合劑或嵌入劑上連接烷化劑、催化水解、氧化的活性基團形成專一性的新型烷化劑、斷裂劑或斷裂劑。1，靶向DNA小溝區(qū)的非共價作用DNA雙螺旋的表面有兩個凹下去的槽，一個大槽和一個小槽，分別稱為大溝和小溝。大溝區(qū)中有大量的氫鍵受體和供體，它們的親和力決定了該區(qū)有較強的序列識別能力，主要結(jié)合一些特異性蛋白。分子量小于1000的小分子，包括一些抗生素，主要作用于小溝區(qū)。這是由于DNA小溝區(qū)常常處于一種空穴狀態(tài)，易受外界物質(zhì)的攻擊。小分子藥物與DNA作用主要是與胸腺嘧啶基C-2位的羰基氧或腺嘌呤基N-3位的氮原子形成氫鍵，雖然同樣的基團在GC堿基對上也存在，但鳥嘌呤上的氨基對氫鍵的形成有空間位阻作用。溝區(qū)結(jié)合劑的結(jié)構(gòu)特征典型的小溝區(qū)結(jié)合的藥物分子具有以下特征：1，由幾種簡單的芳香雜環(huán)結(jié)構(gòu)如呋喃、吡咯、咪唑或苯環(huán)構(gòu)成平面共軛體系；2，整個分子常常呈“月牙”形狀；3，分子兩端一般含有堿性的氨基、咪基或胍基。這些芳環(huán)由扭轉(zhuǎn)自由的鍵來連接，由此產(chǎn)生合適的扭轉(zhuǎn)力來匹配小溝區(qū)內(nèi)的螺旋曲線，取代溝區(qū)中的水分子并與DNA雙螺旋鏈個溝區(qū)的堿基對邊緣通過氫鍵、范德華力、靜電相互作用在小溝中的AT富集區(qū)與DNA形成一種三明治的結(jié)構(gòu)，具有一定的特異性。（1）偏端霉素(distamycin)

偏端霉素Ａ對DNA的AT富集區(qū)有高選擇性，尤其與5

-AAATT-3

序列的結(jié)合性非常好。具有很強的抗病毒和抗腫瘤活性由于它在體內(nèi)有很強的不良反應(yīng),沒有用于臨床。此類抗腫瘤抗生素能夠?qū)ΨQ地位于Ｂ型DNA小溝的中間，分子中的每一個酰胺鍵均與相鄰的堿基腺嘌呤的Ｎ(3)和另一條鏈上的胞嘧啶的Ｏ(2)形成橋型的氫鍵。

將咪唑環(huán)引入偏端霉素類似物中[咪唑環(huán)的Ｎ可以與鳥嘌呤Ｃ(2)的氨基形成氫鍵，以期獲得對GC堿基對具有識別功能的小分子，提高寡聚酰胺的識別特異性；偏端霉素的核心結(jié)構(gòu)是寡聚的吡咯酰胺，分子中不含手性中心，容易合成。幾個偏端霉素類似物，并發(fā)現(xiàn)它們對肝癌細(xì)胞、胃癌細(xì)胞有顯著的抑制作用；用熒光與圓二色散譜研究了它們與小牛胸腺DNA、魚精DNA的相互作用。經(jīng)過篩選尋求高活性、高選擇性、低細(xì)胞毒性的基因選擇藥物。偏端霉素與AAATT的2:1復(fù)合物

偏端霉素與AATT的1:1復(fù)合物(2)紡錘霉素(netropsin)

Netropsin是一種抗病毒物質(zhì)，Dickerson及合作者已經(jīng)得到了nertopsin結(jié)合到DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)d(CGCGAATTCGCG)2的結(jié)晶，通過X射線衍射得到了在小溝區(qū)形成的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，netropsin結(jié)合到DNA雙螺旋的AATT中心，并取代了該區(qū)域中的寡核苷酸水合骨架部分。它的特異性與指向中心的酰胺NH基和DNA小溝處的腺嘌呤堿基的N-3及胸腺嘧啶堿基的O-2形成氫鍵有關(guān)。它通過范德華力與DNA溝區(qū)邊緣的原子接觸而保持在溝區(qū)中心。另外，由于該藥物為二價陽離子物質(zhì)，故其與DNA之間的靜電作用也會增加AT結(jié)合的特異性。(3)SN6999

藥物SN6999具有高AT堿基對選擇性，結(jié)合在DNA小溝區(qū)。它本身具有抗瘧藥氯喹及其他類似的化合物所具有的能夠與DNA嵌插的喹啉環(huán)。通過2D-NMR的方法研究了SN6999與寡聚序列d(GCATTAATGC)所形成的1：1的絡(luò)合物在溶液中的細(xì)微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明化合物的確結(jié)合在小溝區(qū)，而且確證了它不像喹啉那樣與DNA發(fā)生嵌插結(jié)合，藥物的彎月形曲線正好適合雙螺旋的小溝區(qū)，像其它溝區(qū)結(jié)合分子一樣與AT堿基對形成氫鍵。(4)Hoechst33258Hoechst33258是一種苯并咪唑類分子，被廣泛用來作DNA熒光標(biāo)記。它具有一定的抗腫瘤活性，對4～5個堿基的Ａ/Ｔ序列有很強的親和性,結(jié)合在AATC序列的CG部分的末端。hoehst33258分子彎曲形狀在結(jié)構(gòu)中與DNA小溝區(qū)的曲線很符合，藥物分子與DNA小溝區(qū)的邊緣形成了多種多樣有利的接觸，這些反應(yīng)明顯地造成了使絡(luò)合物穩(wěn)定的自由能。以Hoechst33258為母體，發(fā)展了一批苯并咪唑類分子(例如31，32，33)。通過改變?nèi)〈虿捎枚?、三聚的形式，可以有效提高分子與DNA的結(jié)合性，在這其中氫鍵起著主要的作用。例如，頭對頭的二聚苯并咪唑類分子33既可以與單鏈的tRNA結(jié)合，又可以與雙鏈DNA的Ａ/Ｔ富集區(qū)結(jié)合；咪唑環(huán)的引入，則可以提高與非Ａ/Ｔ富集區(qū)的結(jié)合性。（5)BerenilBerenil是一種在DNA小溝區(qū)結(jié)合的抗錐蟲病藥。berenil優(yōu)先結(jié)合在至少4個堿基對長度的AT富集區(qū)。競爭性反應(yīng)表明，berenil是比netropsin和distamlycin更弱的結(jié)合配基。對berenil與d(CGCGAATTCGCG)2復(fù)合物的x射線衍射研究表明，該物質(zhì)結(jié)合在寡核苷酸的5‘-ATT—3’區(qū)域。藥物的一個脒基與互補于AAT的腺嘌呤堿基的N—3位形成氫鍵，另一脒基不與DNA直接接觸，而是與結(jié)合在腺嘌呤堿基和脫氧核糖環(huán)氧原子上的一個水分子形成氫鍵橋。1,5-二(4-脒苯酚基)戊烷(3)可以與雙鏈DNA結(jié)合(主要識別A/T堿基對，識別序列的長度約4個堿基對)，并具有治療肺炎的臨床效力。對此結(jié)構(gòu)上進行修飾，中間用呋喃將兩個苯咪連接起來衍生出一系列化合物。用一個苯并咪唑取代了苯基，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它能以反向平行的二聚體通過嵌入方式結(jié)合在Ｇ/Ｃ富集區(qū)。（6）DAPIDAPI(4

,6-二氨基-2-苯基吲哚)，也被廣泛應(yīng)用于染色體DNA的熒光標(biāo)記。它是一個典型的DNA小溝Ａ/Ｔ富集區(qū)結(jié)合分子，但它也能嵌入結(jié)合在Ｇ/Ｃ富集區(qū)(Ｇ/Ｃ區(qū)結(jié)合力不如Ａ/Ｔ區(qū))。DAPI通過脒基上的氮原子與環(huán)外鳥嘌呤的氨基形成氫鍵，來有效識別Ａ/Ｔ富集區(qū)中5

-GGCGAATTCGCG-3

序列和5

-GGCCAATTGGG-3

序列。（7）寡聚酰胺

受偏端霉素結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，Dervan設(shè)計了以寡聚酰胺為模板的DNA識別分子。為了讓寡聚酰胺分子能與GC堿基對有效結(jié)合，合成了ImPyPyDp分子(Im=N-甲基咪唑；Py=N-甲基吡咯；Dp=N，N-二甲基丙胺)。寡聚酰胺識別DNA的基本規(guī)則

本來預(yù)期識別的序列為G(A/T)3，但它卻以2∶1的比例、反向平行地與ＤＮＡ小溝區(qū)的(A/T)G(A/T)C(A/T)序列結(jié)合。反向平行成對的Py/Im特異識別C-G堿基對，而Im/Py識別G-C堿基對；反向平行成對的Hp/Py(Hp=N-甲基-3-羥基吡咯)特異識別T-A堿基對，Py/Hp識別A-T堿基對。Ｘ晶體衍射實驗表明：在Im/Py與G-C堿基對之間共有三個氫鍵，其中咪唑環(huán)的N(3)與鳥嘌呤環(huán)外的氨基之間有一個氫鍵；而在Hp/Py與T-A堿基對之間共有三個氫鍵，其中Hp與胸腺嘧啶的O(2)之間有兩個氫鍵。在2∶1的寡聚酰胺-DNA復(fù)合物模型的基礎(chǔ)上，Dervan等又設(shè)計了發(fā)夾狀(hairpin)的寡聚酰胺(通過氨基酸將兩條反向平行寡聚酰胺鏈的C端與N端連結(jié)起來)。DNA酶Ⅰ印跡實驗結(jié)果表明:這種“頭對尾”的頭針狀寡聚酰胺的序列選擇性和親合性優(yōu)于兩條獨立的反向平行酰胺鏈。幾種連接子的對比實驗顯示，由

-氨基丁酸充當(dāng)連接子形成的頭針狀寡聚酰胺具有最好的親合性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，

-氨基丁酸(

)以及β-丙氨酸(β)不僅充當(dāng)連接的角色，也是具有一定序列選擇性的重要基團(

-氨基丁酸和β-丙氨酸與A-T/T-A的結(jié)合性相對G-C/C-G要強200～400倍)。相對于獨立的兩條寡聚酰胺鏈，頭針狀寡聚酰胺與DNA的親合性提高了約400倍，而將頭針狀寡聚酰胺的兩端再用一個

-氨基丁酸關(guān)環(huán)，形成環(huán)狀的寡聚酰胺，則能進一步提高親合性(10～40倍)和序列選擇性。從生物活性實驗來看，寡聚酰胺不僅進入細(xì)胞內(nèi)，而且能夠有效地調(diào)控基因表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，八環(huán)的寡聚酰胺分子能識別轉(zhuǎn)錄子TFIIIA的特定結(jié)合部位，從而抑制非洲蟾蜍(Xenopus)腎細(xì)胞的5SRNA基因表達(dá)。生物活性實驗表明：寡聚酰胺能抑制HIV1的轉(zhuǎn)錄及復(fù)制。寡聚酰胺還能參與激活(正向調(diào)控)基因表達(dá)的活動。將設(shè)計的寡聚酰胺代替原來的DNA結(jié)合部位，用一段非蛋白的連接子替換通常的二肽連接子，再用已知具有激活作用的多肽ＡＨ作為激活部位，設(shè)計出一個全新的轉(zhuǎn)錄激活因子47。這個全新分子在體外實驗中被證實具有轉(zhuǎn)錄激活作用。

激活基因表達(dá)的寡聚酰胺從寡聚酰胺分子的研究中不難看出它是一個新型的調(diào)控基因表達(dá)的DNA識別分子，它不僅具有高的選擇性與結(jié)合性，還有良好的細(xì)胞穿透性，而且能有效地抑制或激活基因轉(zhuǎn)錄。

2，與DNA雙螺旋的嵌插結(jié)合作用有些大分子能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間，稱嵌入劑，它們多數(shù)是多環(huán)的平面結(jié)構(gòu)，特別是三環(huán)結(jié)構(gòu)，其長度為6.8A

，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的兩倍。嵌插結(jié)合的作用力來自芳環(huán)的離域π體系與堿基的π體系間的π-π相互作用及疏水相互作用。通常稠合芳環(huán)體系都傾向于結(jié)合在GC富集區(qū)，而對于一些含有龐大取代基的分子，如吡啶環(huán)取代的卟啉分子在與DNA作用時，吡啶環(huán)取代基會盡量旋轉(zhuǎn)，以保持與母環(huán)的共平面，從而形成良好的堆積形狀與DNA堿基嵌合，當(dāng)DNA靶向分子嵌入DNA堿基對之間后，有的可以直接抑制DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的功能；有的則在經(jīng)過進一步活化后，使DNA斷裂受損而影響其功能。（1）經(jīng)典的嵌插結(jié)合在經(jīng)典的嵌插模型中，由于嵌插部位的形成引起了堿基對的分開，螺旋伸長0.34nm，這正是典型的芳香系統(tǒng)的厚度。由于嵌插，螺旋解鏈，造成螺旋扭轉(zhuǎn)角的減小，不同的嵌插劑結(jié)構(gòu)及不同的DNA序列造成的解鏈程度是不同的，乙錠及丙基哌啶與DNA嵌插時解鏈角是26

，丫啶及丫啶橙的解鏈的解鏈角是17

，而柔紅霉素及阿霉素則是每個結(jié)合分子令DNA解鏈11

，一些藥物分子正是通過嵌入DNA令DNA構(gòu)象發(fā)生改變，使其不能或不易復(fù)制，而顯現(xiàn)出抗腫瘤、抗病毒的活性的。嵌插結(jié)合方式的特征嵌插造成了DNA雙螺旋的解鏈和伸長，這是嵌插結(jié)合方式的一個重要特征。伴隨著嵌插，DNA的螺旋骨架所受到的干擾，通過CD光譜來評價嵌插絡(luò)合物鍵的剛性及方向性的改變。嵌插入DNA的小分子與堿基對形成有序的堆積，在雙螺旋中以

-

共扼，偶極-偶極相互反應(yīng)從電性上達(dá)到穩(wěn)定。在紫外、可見光的測定中發(fā)現(xiàn)，嵌插結(jié)合常常引起減色效應(yīng)，使最大吸收波長向長波長方向移動，出現(xiàn)等吸光點。在熒光測定中可觀察到由于嵌插作用所產(chǎn)生的熒光淬滅現(xiàn)象。根據(jù)所得到的光譜滴定數(shù)據(jù)，可以測定絡(luò)合物表現(xiàn)穩(wěn)定常數(shù)，結(jié)合位點數(shù)等等。嵌插劑分子芳香環(huán)上電性環(huán)境的改變也造成了嵌插部位芳環(huán)原子的1HNMR譜的化學(xué)位移向高場方向移動，同時由于弛豫時間的改變，譜峰明顯拓寬。這類嵌入劑包括吖啶黃、吖啶橙等吖啶類化合物，以及乙啶類化合物。這些化合物插入DNA雙螺旋的鄰近堿基對之間使DNA鏈拉長。

阿霉素和柔紅霉素臨床上廣泛應(yīng)用的抗癌藥阿霉素及與之結(jié)構(gòu)很近似的柔紅霉素，二者均為典型的DNA嵌插劑。Wang，Rich及合作者已得到了柔紅霉素和寡核苷酸d(CGTACG)第一個單嵌體結(jié)晶的x射線衍射的結(jié)果。表明柔紅霉素能夠嵌插在DNA小溝區(qū)，它與GC部位結(jié)合，隨之氨基糖伸向內(nèi)部且基本上填充了小溝區(qū)。柔紅霉素特別容易與B-DNA結(jié)合，表現(xiàn)出對DNA不同構(gòu)象的識別特異性。柔紅霉素和阿霉素的結(jié)構(gòu)

金屬配合物嵌入劑金屬配合物與聚核苷酸的相互作用并不只局限在金屬中心與聚合物直接配位，還存在著大量選擇性很高、較弱的非共價作用。一般出現(xiàn)在已經(jīng)配位飽和的金屬配合物與核酸之間，參與配位的配體的嵌插作用是非共價性締合的典型例子。20世紀(jì)70年代，Lippard等人首先對Pt2+配合物的嵌插作用進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)含有三聯(lián)吡啶配體的平面四方形鉑(II)配合物能嵌入DNA的雙螺旋中。

金屬配合物嵌插作用的特點

①配體的結(jié)構(gòu)與DNA作用的金屬配合物中，許多配體一般本身就具有平面的芳香性的雜環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬離子，如Zn2+、Co3+、Ni2+、Cu2+、Ru2+、Pt2+、Rh3+

等與配體形成配合物后，配合物中的一個配體部分地插入了螺旋之中，引起其他配體部分發(fā)揮出和一定要求相符合的匹配作用。常見的配體有1,10-菲咯啉類化合物、菲醌二亞胺、屈醌二亞胺、2,2-聯(lián)吡啶等。

一些具有平面芳香性雜環(huán)的配體的結(jié)構(gòu)

②具有插入作用金屬配合物可以為平面四方形結(jié)構(gòu)，也可以為八面體型的結(jié)構(gòu)，如三(菲咯啉)配合物。金屬配合物包括平面四方型的(三聯(lián)吡啶)Pt(II)配合物及八面體型的三(菲咯啉)金屬配合物總是選擇從螺旋的大溝插入DNA的雙螺旋中。③有芳香性配體的過渡金屬配合物通常還發(fā)生小溝結(jié)合作用，或大溝插入與小溝結(jié)合相混合。如四面體型的[Cu(Phen)2]+

，因為其四面體配位結(jié)構(gòu)不利于嵌插作用中要求的菲咯琳環(huán)與堿基間的重疊堆積，主要表現(xiàn)出小溝結(jié)合作用。而金屬卟啉配合物或通常帶有非平面取代基的金屬配合物，盡管分子較大，卻表現(xiàn)出同時與雙螺旋DNA發(fā)生嵌插作用及富AT序列上的小溝結(jié)合作用。

④手性配合物與DNA作用表現(xiàn)出構(gòu)象選樣性，如[Ru(phen)3]2+、[Co(phen)2Cl2]+

等表現(xiàn)出對B-DNA的對映體選擇性。

由于配合物的陽離子容易接近DNA磷酸，鄰菲羅啉氮雜環(huán)易和堿基堆集，所以手性相同者位阻小，反之位阻大。因此，利用過渡金屬配合物的熒光光譜特征，作為DNA的光譜探針，可判斷與金屬配合物結(jié)合的部位是Z-DNA還是B-DNA。

具有插入作用的金屬配合物

具有插入作用的金屬配合物，尤其是過渡金屬離子配合物較多，這類化合物具有以下用途：①作為核酸的熒光光譜探針，研究核酸的結(jié)構(gòu)和功能；②可望設(shè)計并合成出性能優(yōu)良的抗腫瘤藥物或抗病毒劑；③可望設(shè)計成人工核酸酶，從而實現(xiàn)對DNA鏈上某些位點的特異性剪切。金屬卟啉配合物

金屬卟啉是一類廣泛存在于自然界中的生物活性物質(zhì)，陽離子的四(4-N-甲基吡啶基)卟啉(T4MPyP)及其金屬配合物比陰離子型卟啉對癌細(xì)胞的光動力效應(yīng)強，因而被當(dāng)作DNA靶向模型化合物而廣泛研究，而且具有抗逆轉(zhuǎn)錄病毒作用。一般認(rèn)為，沒有軸向配體的金屬卟啉陽離子優(yōu)先嵌入結(jié)合在5′-CG-3′序列的堿基對平面之間，同時引起DNA構(gòu)象相應(yīng)的變化。具有軸向配體的金屬卟啉陽離子因其產(chǎn)生較大的空間阻礙，則以空間匹配及靜電作用優(yōu)先對DNA螺旋小溝中連續(xù)的AT堿基對識別。金屬銠配合物

金屬銠與鄰二氮雜菲(phen)絡(luò)合配合物多是依靠氫鍵以及范德華力作用于DNA的大溝區(qū)。相對左手型的Δ-異構(gòu)體，右手型的Δ-異構(gòu)體更易嵌入右手螺旋的DNA。由于此類絡(luò)合物空間結(jié)構(gòu)上比較緊湊，形成了相對屏蔽的表面，因此鄰二氮雜菲配體無法深度嵌入DNA中，此類化合物與DNA的親合性不高。這促使研究者考慮外形更長、表面積更大的配體，如DPB，dppz，phehat(1,10-phenanthrolino-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene)等，如Δ-[Rh-(DPB)2phi]3+(phi=phenanthrene

quinoe

diimine)，有效的提高了與DNA的結(jié)合力。

在光的誘導(dǎo)下，Δ-[Rh-(DPB)2phi]3+可以選擇性地切割5

-CTCTAGAG-3

中的胞嘧啶位點。但是它的光學(xué)異構(gòu)體

-[Rh(DPB)2phi]3+即使在1000倍的濃度下也不能切割該位點?；谶@種選擇性，Δ-[Rh(DPB)2phi]3+被成功用于抑制XbaI限制性內(nèi)切酶的活性。為了增強與DNA的結(jié)合和識別能力，在鄰二氮雜菲(phen)上引入胍基，圖9-28列出的化合物是帶有胍基衍生物的三種幾何異構(gòu)體，每一種異構(gòu)體有兩個光學(xué)異構(gòu)體，這些不同的異構(gòu)體顯示出對DNA不同的識別性。其中，

-1-Rh(MGP)2phi5+(MGP=4-guanidylmethyl-1,10phenanthroline)的兩條胍基臂沿軸向伸展至phi平面上方與phi配基同向，能有效識別5

-CATATG-3

序列并與之緊密結(jié)合；而

-2-Rh(MGP)2phi3+的胍基則遠(yuǎn)離phi配基，僅顯示出與母體Rh(phen)2phi3+類似的選擇性；

-2-Rh(MGP)2phi5+的選擇性則介于兩者之間。

金屬鋅大環(huán)四氨絡(luò)合物

一些大環(huán)四胺與鋅的絡(luò)合物，及帶芳環(huán)的衍生物在水溶液中能夠選擇性結(jié)合脫氧胸腺核苷(dT)和尿核苷(U)。二價Cu離子的配合物

二價Cu離子與N,N

-二甲基-1,10-鄰二氮雜菲-2,9-二甲胺的絡(luò)合物，該絡(luò)合物通過共價鍵和嵌入的方式與DNA結(jié)合，其中DNA堿基中的Ｎ或Ｏ可以在軸向上與二價銅離子發(fā)生相互作用。推測這類二價Cu與N,N

-二甲基-1,10-鄰二氮雜菲-2,9-二甲胺的絡(luò)合物也是結(jié)合在DNA小溝區(qū)。

(2)帶有多個大取代基的嵌插劑

如果嵌插劑帶的取代基太大，或有極性，或帶電荷，則對嵌插結(jié)合及分解的動力學(xué)都會有影響?？拱┧幏啪€菌素D(actinomycin，ActD)與諾加霉素(nogalamycin)就屬于這一類。放線菌素DActD主環(huán)部分苯駢惡嗪酮環(huán)在DNAGC序列堿基對之間嵌入。藥物的GC序列結(jié)合特異性與之能與鳥嘌呤的氨基形成氫鍵有關(guān)。雙鏈d(CGTCAACG)2能以一種強的協(xié)同方式與兩個ActD分子結(jié)合，結(jié)合后的異常光譜和熱力學(xué)測量提示藥物與這種雙鏈的作用還不屬于在DNA小溝區(qū)的經(jīng)典嵌入方式。序列CGTC是一種ActD的強結(jié)合位點。由于ActD是一種DNA嵌插藥物，它與DNA結(jié)合后可能引起DNA扭曲。由于藥物誘導(dǎo)的DNA結(jié)構(gòu)變化所造成的DNaseI切割速率的增強。諾加霉素

Nogalamlycin是一種與DNA結(jié)合的蒽環(huán)抗生素，連在藥物糖苷配基上的是一種諾加糖和一個大的雙環(huán)氨基糖。藥物交連于雙鏈磷酸二酯鍵骨架之間。糖苷配基的三個芳環(huán)嵌入DNA中，諾加糖位于DNA的小溝區(qū)，而雙環(huán)氨基糖位于DNA的大溝區(qū)。(3)雙嵌插

雙嵌插劑是兩個嵌插環(huán)被不同長度的鏈共價連接起來。這些化合物相對于一元嵌插劑來說，作為藥物的生物活性往往由于與DNA的強結(jié)合而加強，分解速率也低。合成的雙嵌插劑的代表是一些丫啶類的雙嵌插劑。連接鏈的長度對嵌插的影響天然的雙嵌插劑是以三骨菌素A(triostinA)和棘霉素(echinomycin)為代表。優(yōu)先DNA的CpG位點，覆蓋6個堿基對，以NNCGNN這種類型的序列比較有利，雙嵌插劑上所有的喹喔啉環(huán)都是雙嵌插到GC序列中，形成“三明治”結(jié)構(gòu)。3,烷化劑早期使用的絕大多數(shù)抗癌藥僅具有簡單的使DNA烷基化的功能，如氮芥。它們對細(xì)胞的作用基本上沒有選擇性，所以臨床使用有嚴(yán)重的毒副作用。以后發(fā)展的是一些天然抗癌抗生素，它們的作用特點是首先與DNA形成非共價復(fù)合物，然后再與之共價結(jié)合。這些雜環(huán)化合物最初的作用是干擾DNA、RNA的合成來達(dá)到殺菌的目的，但很多這類化合物卻也表現(xiàn)了明顯的抗癌活性，而且具有選擇性毒性。（1）絲裂霉素C

絲裂霉素C是一種抗癌抗生素。經(jīng)酶的還原活化會引起結(jié)構(gòu)中某些碳位甲醇組成的脫去，繼而進行DNA的烷基化。(2)氨茴霉素等氨茴霉素、茅屋霉素、西伯利亞霉素以及新乳霉素A和B都屬于這個家族的抗癌抗生素，它們與DNA作用有兩個過程，首先迅速地非共價地結(jié)合在DNA的小溝區(qū)，再通過失水或醇與鳥嘌呤堿基上N-2形成共價鍵，這個結(jié)構(gòu)無論從立體因素還是靜電因素分析都是穩(wěn)定的，且表現(xiàn)出對DNA的5’-PuGPu序列明顯的結(jié)合特異性。氨茴霉素與寡核苷酸d(ATGCAT)2結(jié)合的產(chǎn)物已經(jīng)通過NMR技術(shù)進行過表征分析，在分子力學(xué)方面也進行過一些研究，結(jié)果表明鳥嘌呤的N-2共價結(jié)合到C-11上，在復(fù)合物所呈現(xiàn)的構(gòu)象中抗生素恰好位于DNA小溝區(qū)中。氨茴霉素與DNA鳥嘌呤上氨基N-2結(jié)合

（3）螺旋丙烷類抗生素

CC-1065是此類中較新的抗生素，有較強的細(xì)胞毒作用，它首先序列特異性地作用在DNA小溝區(qū)。由于它攻擊腺嘌呤N-3位，脫嘌呤作用的發(fā)生會產(chǎn)生一個活性部位，序列分析表明CC-1065對DNA的AT富集區(qū)有選擇性。(4)鉑配合物

鉑族金屬配合物的生物活性發(fā)現(xiàn)于1965年。第一代鉑族抗癌藥-順鉑（Cisplatin）于1978年在美國上市，而第二代鉑族抗癌藥-卡鉑(Carboplatin)于1984年在英國上市?，F(xiàn)在順鉑、卡鉑已成為治療癌癥最有效的藥物之一，在世界范圍內(nèi)得到廣泛的臨床應(yīng)用。新的鉑族抗癌藥草酸鉑、乙醇酸鉑、樂鉑等已推出，鉑類藥物的抗癌作用機制也有了進一步了解。鉑類抗癌藥順鉑進入細(xì)胞內(nèi)后，由于細(xì)胞內(nèi)的氯離子濃度低，它很快就發(fā)生水合解離，生成帶正電荷的水合配離子，而四價鉑在細(xì)胞內(nèi)很不穩(wěn)定，首先會被細(xì)胞內(nèi)的抗氧化劑還原成二價，再發(fā)生類似水合解離反應(yīng)。當(dāng)順鉑水合解離形成[Pt(NH3)2(H2O)2]2+后，受DNA的靜電吸引力，定向快速往細(xì)胞核遷移，到達(dá)靶目標(biāo)。當(dāng)它到達(dá)DNA鍵時，DNA鍵的堿基嘌呤（N7）取代配位水，在一股上相鄰的鳥苷酸殘基之間形成鏈內(nèi)交聯(lián)，形成cis-[Pt(NH3)2]/DNA加合物。加合作用改變了DNA正常復(fù)制模板的功能，引起DNA復(fù)制障礙，從而抑制癌細(xì)胞的分裂。鉑族抗癌藥與其它抗癌藥一樣，影響DNA合成的作用是非特異性的。它的鉑化定位于DNA大溝區(qū)的烏嘌呤的N-7位，緊接著與第二個嘌呤作用，選擇性地結(jié)合到d(pGpPG)和d(pApG)序列，形成了DNA的鏈間交聯(lián)。

鉑類抗癌藥物的作用機制

多核鉑抗癌藥是一種全新結(jié)構(gòu)的藥物，它的設(shè)計擺脫了原有的構(gòu)效關(guān)系框架?？梢哉f是鉑類抗癌藥研究的重大發(fā)展。它與DNA發(fā)生多點鍵合，鍵合能力強，對DNA模型結(jié)構(gòu)破壞更加嚴(yán)重。因此其抗癌活性明顯高于順鉑，同時與順鉑無交叉耐藥性，是一個具有重大開發(fā)前景的新藥，目前正在進行臨床研究。

(5)，金配合物

在鉑類化合物抗腫瘤應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，人們又發(fā)現(xiàn)金的有機配合物也具有抗腫瘤活性，它們同樣通過與DNA分子中堿基上N的共價配位，從而改變DNA正常復(fù)制模板的功能，引起DNA復(fù)制障礙而達(dá)到抗腫瘤的目的。

(3)，有機錫化合物

有機錫化合物同順鉑一樣，可與DNA作用，但與DNA作用的模式卻不同。一般認(rèn)為，R2SnX2L2中，配合物在生理條件下可能通過雙氮配體離去后與DNA作用，進而干擾DNA的模板作用，妨礙DNA的復(fù)制。

（4）氮芥類化合物氮芥(nitrogenmustard)類雙功能生物烷化劑的抗癌作用是在DNA的堿基或磷酸基部位發(fā)生了烷化作用，形成交叉連結(jié)。烷化的DNA改變了構(gòu)型或發(fā)生了斷裂而喪失功能，起到殺傷癌細(xì)胞作用

（5）含有環(huán)氧烷的化合物如黃曲霉毒素，它是由一種名為黃曲霉菌生物體產(chǎn)生的一類毒素的總稱，是多種結(jié)構(gòu)相似的雜環(huán)混合物。在體內(nèi)經(jīng)過酶催化形成一種含有環(huán)氧烷的化合物可以與DNA結(jié)合。（6）isochrysohermidin（7）具有溝區(qū)作用的烷化劑含氯乙基類化合物氨茴霉素類二聚物4．?dāng)嗔炎饔?/p>

DNA的斷裂在DNA修復(fù)、轉(zhuǎn)錄及突變中是很重要的一個生物學(xué)過程。DNA斷裂劑的研究是小分子與DNA分子識別研究中不可缺少的一部分。DNA斷裂劑分為“合成的”和“天然的”兩大類。(1)合成的DNA斷裂劑

第一類為EDTA-Fe(II)類衍生物，包括EDTA-Fe(II)連接到典型的DNA嵌插劑乙錠及其類似物上，會產(chǎn)生特異的斷裂功能；EDTA-Fe(II)連接到偏端霉素及其它有AT選擇性的溝區(qū)結(jié)合分子上，可引起DNA特異性的AT富集區(qū)的斷裂；EDTA-Fe(II)連接到富含嘧啶堿的寡聚核苷酸上，與DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)形成三螺旋，繼而引起DNA的特異性定點切割。第二類為1，10-二氮雜菲(OP)的Cu(I)整合物，研究證實OP-Cu(I)結(jié)合在DNA的小溝區(qū)內(nèi)對AT富集區(qū)有特異性的切割作用。第三類是以鄰菲羅琳為配體的軟酸性金屬配合物，它可以和DNA發(fā)生一定程度的嵌插結(jié)合，在光照下對DNA有特異性斷裂功能。(2)天然的DNA斷裂劑

博來霉素(bleomycin，BLM)是輪枝鏈球菌發(fā)酵液中提取的氨基糖肽類抗癌抗生素。有一系列類似物，國外臨床上用的是BLMA2，國內(nèi)臨床上用的是BLMA5。從結(jié)構(gòu)上說BLM可以分為三個部分：能夠與金屬發(fā)生絡(luò)合的嘧啶、

-氨基丙氨酸、

-羧基咪唑區(qū)；利于細(xì)胞轉(zhuǎn)運的古羅糖和氨基甲酰甘露糖部分；與DNA識別并嵌插結(jié)合的雙噻唑末端區(qū)。同源物的差別僅在末端區(qū)的胺基上。BLM中金屬離子配位的部分是這種斷裂試劑的核心。在有能與嘧啶-咪唑部分結(jié)合的鐵離子和還原劑存在的情況下，博來霉素能以一種氧依賴方式引起DNA鏈的斷裂。在DNA分子中被BLM斷裂頻率最高的是GpPy的序列，選擇性為GpC＝GpT＞GpA＞GpG。對于BLM的抗癌機理雖仍有爭議，但目前普遍為人們所接受的是：BLM通過分子中的雙噻唑基與DNA結(jié)合后同體內(nèi)的微量Fe(II)達(dá)到絡(luò)合平衡，生成氧活性的Fe(II)絡(luò)合物，該絡(luò)合物隨著Fe(II)的氧化而釋放出某些氧的自由基，正是這自由基產(chǎn)生了對DNA的斷裂作用。針棘霉素和生硝霉素第二類天然斷裂劑是針棘霉素(esperamicine，EPM)和生硝霉素(calicheamicine，CLM)，它們都是作用很強的一類新型抗癌劑。它們是具有一個特殊的被稱為“彈頭”的l,5-二炔-3-烯系統(tǒng)，一個芳環(huán)部分和四個糖基的天然產(chǎn)物。針棘霉素和生硝霉素對各種小鼠的腫瘤卻顯示出很高的療效；在巰基存在的情況下，連在藥物彈頭位置的三硫化合物部分會轉(zhuǎn)變成一種硫醇陰離子；該陰離子通過一種內(nèi)部Michael加成反應(yīng)，最終將1,5-二炔-3-烯部分轉(zhuǎn)變成能切割DNA的亞苯基雙自由基。由于兩種自由基同時經(jīng)由單一活化過程所形成，因此活化后的藥物分子能同時與相反的DNA鏈作用，產(chǎn)生雙鏈斷裂。用DNA測序方法進行的研究顯示CMM系列化合物的斷裂特異性要強于EPM。新制癌菌素新制癌菌素(neocarzinostatin，NCS)，NCS是一個含二炔-烯生色團的抗腫瘤抗生素，是由鏈霉菌屬的培養(yǎng)液中分離得到的。含有一個具有生物活性的生色團和一個作為載體的，保護生色團在體內(nèi)不受破壞的脫輔基蛋白。藥物的原正電氨基通過靜電引力與DNA磷酸骨架接近，隨后是彈頭嵌入到DNA堿基對之間。加入一種巰基輔助因子如二硫蘇糖醇會使生色團的環(huán)氧基開環(huán)。然后再通過重排產(chǎn)生一種具有自由基中心的中間物，此雙自由基產(chǎn)物被認(rèn)為是藥物的活性中心。用NCS進行切割時，堿基攻擊反應(yīng)順序為T＞A＞C＞G。已證實有兩類NCS-DNA加成物，一類不穩(wěn)定的加成物可能涉及到與藥物相連的去氧核糖部分。另一類對強酸處理分解仍保持穩(wěn)定的共價加成物則是由于NCS某一個亞單位上的一個自由基和去氧核糖C-5’位的自由基的偶聯(lián)。在共價加成物形成中也觀察到了堿基選擇性與在斷裂機理研究中發(fā)現(xiàn)的選擇性相同，說明兩種作用機理都可能源于相類似的DNA部分。金屬配合物過渡金屬配合物與核酸間的反應(yīng)引起核酸骨架發(fā)生斷裂，其反應(yīng)類型可分為兩類：(1)涉及金屬配合物的氧化還原反應(yīng)，會引起核酸的氧化作用；(2)涉及金屬中心與糖磷酸骨架的配位反應(yīng)，會引起聚合物的水解作用。二肽斷裂劑人工核酸切割試劑的切割機理主要有自由基機理和磷酸酯水解機理兩大類。相對于水解機理而言，自由基機理有許多缺點，這使得自由基型核酸切割試劑在應(yīng)用上受到很大的限制。對于DNA,雖然現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了許多人工切割試劑,但它們絕大多數(shù)都是通過自由基機理切割核酸的。目前能夠以水解方式切割DNA的人工試劑還非常少，而且都與金屬離子有關(guān)。帶切割基團的寡聚酰胺在頭針狀寡聚酰胺的轉(zhuǎn)折處接上1-氯甲基-5-羥基-1,2-二氫-3-Ｈ-苯并吲哚(SecoCBI)，發(fā)現(xiàn)烷基化幾乎都發(fā)生在識別序列旁的腺嘌呤部位，并能進行有效的選擇性切割。為了研究其選擇結(jié)合性和生物活性，將SecoCBI換成4-雙[(氯乙基)胺]苯丁酸(CHL)，發(fā)現(xiàn)寡聚酰胺的選擇性和親合性與連接CHL前沒有變化。在低濃度下烷基化的產(chǎn)率很高。三、DNAG四鏈體的分子識別盡管含有G重復(fù)序列的DNA在體外Na或K的生理濃度下,可以很容易形成G-四鏈體結(jié)構(gòu),但在體內(nèi)G-四鏈體的形成可能要復(fù)雜得多。因為,大多數(shù)含重復(fù)G堿基的基因組在細(xì)胞周期中通過堿基配對形成穩(wěn)定的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu);其次,在體內(nèi)DNA通常與特異或非特一性蛋白質(zhì)結(jié)合在一起;再者,體外分子間G-四鏈體的形成需要較高的DNA濃度,這在體內(nèi)不可能實現(xiàn),況且在體內(nèi)G-四鏈體的形成可能不需要如此高的DNA濃度。自從1991年Zahler等證實對K+離子穩(wěn)定的G-四鏈體能抑制端粒酶的活性,G-四鏈體DNA已成為尋找端粒酶抑制劑的新靶點。在G-四鏈體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,若干研究小組成功地設(shè)計和合成了與其相互作用的先導(dǎo)化合物,到目前已開發(fā)出幾類化合物,且廣泛研究了它們與G-四鏈體的相互作用。1，酰胺蒽醌類化合物蒽醌類化合物是發(fā)現(xiàn)較早的能夠與DNA相互作用的化合物，具有廣泛的抗腫瘤活性，并對三螺旋DNA有較高的選擇性。1997年，Sun等報道了第一個以G-四鏈體為靶點的小分子端粒酶抑制劑-2,6-二酰胺蒽醌衍生物BSU1051(1)。該化合物能夠穩(wěn)定G-四鏈體結(jié)構(gòu)(使分子間四鏈體d[T2AG3T]4的解鏈溫度Tm升高了約20℃)，對端粒酶活性有抑制作用，采用引物端粒酶延伸技術(shù)得到其IC50值(抑制50%端粒酶活性的有效濃度)為23μmol/L

Perry等系統(tǒng)地研究了蒽醌類化合物的結(jié)構(gòu)與端粒酶抑制活性的關(guān)系，他們合成了近100個1，4-、1，5-、1，8-、2，6-及2，7-取代的酰胺蒽醌化合物，并采用改進的TRAP-PCR方法測定了這些化合物對端粒酶的抑制活性。其中一些化合物的IC50值達(dá)到1～5μmol/L，是目前所報道的活性較強的物質(zhì)。雖然酰胺蒽醌類化合物具有較高的端粒酶抑制活性，但由于其能與雙鏈DNA作用，因此細(xì)胞毒性較高。

2,芴酮類化合物

為了減小化合物的細(xì)胞毒性，Perry等[10]對芴酮類化合物(2)進行了研究。其中活性最高的化合物的IC50值在8～12μmol/L。分子模擬研究表明，其原因是芴酮中心為五元環(huán)，分子結(jié)構(gòu)接近彎月型，兩條側(cè)鏈與四鏈體溝槽結(jié)合時，引起了四鏈體結(jié)構(gòu)的扭曲。3，陽離子型卟啉類化合物

由于卟啉類化合物在腫瘤組織中能積蓄達(dá)到較高的濃度，而在正常組織中卻很快代謝，長期以來，它們在腫瘤治療方面倍受關(guān)注。卟啉芳香環(huán)平面與G-四方體大小接近，研究人員據(jù)此推測，該類化合物能通過與G-四方體的堆積作用同四鏈體結(jié)合。

陽離子型卟啉化合物中活性較高且研究較多的是TMPyP4四(N-甲基吡啶-2-基)卟啉，5)。TMPyP4對G-四鏈體有一定的選擇性，其對四鏈體的親和性是對雙鏈DNA的2倍。TMPyP4不僅能與G-四鏈體結(jié)合，而且能通過這種作用濃度和時間依賴地抑制MCF7細(xì)胞端粒酶活性，而對正常細(xì)胞則影響不大。采用引物延伸技術(shù)得到其IC50值為6.5±1.4μmol/L。

4，芘類化合物

芘類化合物是應(yīng)用計算機輔助藥物設(shè)計軟件DOCK而得到的一類與G-四鏈體有較強相互作用的化合物。在分子模擬的基礎(chǔ)上，F(xiàn)edoroff等合成了N,N′-雙[2-(1-哌啶基)乙基]-3,4,9,10-芘四甲酰二亞胺(PIPER，6)。實驗證實，這是一種與G-四鏈體有強特異性相互作用的化合物，與單、雙鏈DNA之間的作用微弱，并具有良好的端粒酶抑制活性(IC50=40μmol/L)。該化合物的顯著特點是能促進G-四鏈體的形成。5，吖啶類化合物

吖啶類化合物與蒽醌結(jié)構(gòu)也相近，但其對端粒酶的抑制活性比蒽醌高，分子模擬研究表明這是由于吖啶稠環(huán)中的N原子能質(zhì)子化，帶一定正電荷，從而使其更準(zhǔn)確地堆積在G-四方體的中心位置，與四方體平面的負(fù)電荷產(chǎn)生靜電相互作用。

根據(jù)雙螺旋DNA與G-四鏈體溝槽數(shù)目及負(fù)電荷位置的不同，Martin等用計算機建模，設(shè)計并合成了一系列3，6，9-三取代吖啶。這類化合物與G-四鏈體在結(jié)合時能更好地吻合，選擇性地與G-四鏈體作用，抑制端粒酶的活性。其中化合物10對G-四鏈體的親和性比對雙鏈DNA高30倍，對端粒酶活性的抑制效果明顯，IC50值達(dá)到0.06μmol/L。甲基化五環(huán)喹諾吖啶鹽是一類新的具有端粒酶抑制活性的化合物，其中11和12的活性較高，IC50值分別為0.25μmol/L和0.33μmol/L。6，溴乙啶衍生物

溴乙啶是強效的雙鏈DNA嵌入劑，Guo等認(rèn)為其可以與d(T4G4)4形成的四鏈體結(jié)合，而且親和性略高于雙鏈DNA。但另有實驗證實，溴乙啶對三螺旋DNA的親和性明顯高于G-四鏈體。然而一系列溴乙啶衍生物對G-四鏈體結(jié)構(gòu)卻具有較高的親和性和選擇性，它們不僅能夠提高分子內(nèi)四鏈體的解鏈溫度，而且能夠促進分子間四鏈體的形成。此外，這些化合物與四鏈體結(jié)合后熒光增強，可以作為四鏈體結(jié)構(gòu)的熒光探針。其中化合物13對四鏈體的靈敏度很高，能夠檢測到0.1μg以下的四鏈體DNA的存在。該類化合物同時具有較高的端粒酶抑制活性，TRAP法測得的IC50值在0.018～0.1μmol/L之間，化合物14的活性最高。7，二苯鄰二氮雜菲衍生物

實驗發(fā)現(xiàn)，二苯鄰二氮雜菲衍生物在濃度為1μmol/L時，能夠?qū)-四鏈體的解鏈溫度提高2～20℃，其中活性最高的兩種化合物15和16的解鏈溫度分別提高了19.7℃和12.5℃。解鏈溫度的提高與體外端粒酶抑制活性呈明顯的對應(yīng)關(guān)系，解鏈溫度越高，對端粒酶的抑制活性越強，TRAP法所得的化合物15和16的IC50值為分別達(dá)到0.028μmol/L和0.5μmol/L。8，花青染料類化合物

DTC(19)能夠與分子內(nèi)G-四鏈體結(jié)合，并抑制端粒酶活性。DTC對G-四鏈體的親和性、選擇性以及抑制端粒酶的活性表明，其不適合用于腫瘤的治療。但花青染料DODC(3，3′-二乙基氧雜花青，18)與雙分子發(fā)夾型G-四鏈體結(jié)合時，能夠顯示出獨特的光譜特征，而與單鏈、雙鏈或平行型G-四鏈體結(jié)合時則無此特征，因此可以作為發(fā)夾型G-四鏈體的特殊探針。

9，三吖嗪衍生物

提高G-四鏈體解鏈溫度的三吖嗪衍生物(22，23)，在15種永生化細(xì)胞中的實驗證明，這兩種衍生物能夠抑制端粒酶活性，并且端粒酶活性的抑制與化合物對四鏈體的親和性之間呈對應(yīng)關(guān)系。腫瘤細(xì)胞在該類化合物中長期培養(yǎng)，會導(dǎo)致端粒的縮短和細(xì)胞衰老，這種現(xiàn)象與起始的端粒長度有關(guān)。

10，氟代喹諾吩惡嗪

FQP(25)是在氯代喹諾苯并惡嗪(24)的基礎(chǔ)上設(shè)計合成的新型端粒酶抑制劑，其端粒酶抑制活性高于22，而對拓?fù)洚悩?gòu)酶完全沒有毒性(24對拓?fù)洚悩?gòu)酶具有較高的毒性)。三、其他DNA結(jié)構(gòu)的分子識別三螺旋DNA的穩(wěn)定性取決于寡聚核苷酸序列的組成和長度,而且與溶液環(huán)境有關(guān)。溶液pH的改變、抗衡離子、分子嵌入試劑和共聚物的存在都會影響三螺旋DNA的穩(wěn)定。一般來說,T·A*T三堿基體的含量越高,三螺旋DNA越穩(wěn)定。富含C·G*C三堿基體的三螺旋DNA的穩(wěn)定性強烈地依賴于環(huán)境值,低pH環(huán)境有利于三螺旋DNA的穩(wěn)定。由于三螺旋DNA磷酸骨架的負(fù)電荷密度高,相應(yīng)的抗衡離子,如金屬陽離子和聚多胺的存在是十分重要的。溴化乙錠、吖啶和亞甲基藍(lán)等分子嵌入試劑能使雙螺旋DNA的融鏈溫度升高,也能與三螺旋DNA發(fā)生嵌入作用而增強其穩(wěn)定性,使三螺旋DNA在生理環(huán)境下穩(wěn)定存在。某些共聚物也能增強三螺旋DNA的穩(wěn)定性。如在梳型共聚物存在時,嘧啶型三螺旋DNA在生理pH時的結(jié)合常數(shù)比無穩(wěn)定劑存在時提高約100倍。凸起結(jié)構(gòu)的識別junction-bindingligand第二節(jié)RNA的分子識別

現(xiàn)代新藥研究與開發(fā)離不開篩選模型，而篩選模型的關(guān)鍵是尋找、確定和制備藥物篩選靶---分子藥靶。選擇確定新穎的有效藥靶是新藥開發(fā)的首要任務(wù)。傳統(tǒng)的小分子藥靶多是蛋白質(zhì)，近年來的研究表明同DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)相比，RNA結(jié)構(gòu)具有令人驚奇的復(fù)雜性和多樣性，同蛋白質(zhì)一樣形成復(fù)雜的三級結(jié)構(gòu)，RNA的三級結(jié)構(gòu)作為分子相互作用的識別位點和結(jié)合位點對RNA的生物功能的實現(xiàn)具有重要決定作用。RNA分子同蛋白質(zhì)一樣將成為新型小分子藥物的作用靶點，為制藥業(yè)提供了新的機遇。

一、RNA的結(jié)構(gòu)與DNA相比，RNA種類較多，分子量相對較小，在遺傳信息表達(dá)和調(diào)控過程中各類RNA分別發(fā)揮作用。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)生物體內(nèi)RNA的種類和功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出從前對它的認(rèn)識，不僅僅是在基因表達(dá)時作為中介那樣簡單，它在生命活動的各個方面和生物進化過程中起著相當(dāng)重要的作用。

一、生物體內(nèi)RNA的種類目前看來，生物體內(nèi)有14種以上的RNA類型：(1)信使RNA(mRNA)，攜帶從DNA轉(zhuǎn)錄來的遺傳信息。(2)轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成時氨基酸的轉(zhuǎn)運。(3)核糖體RNA(rRNA)，在核糖體中起裝配和催化作用。(4)具有催化作用的RNA，即核酶(ribozyme)和其它RNA自我催化分子。(5)基因組RNA(genomeRNA)，指一些病毒以RNA為遺傳物質(zhì)(6)指導(dǎo)RNA(guideRNA)，是指導(dǎo)RNA編輯的小RNA分子。(7)mRNA樣非編碼RNA，其轉(zhuǎn)錄和加工方式同mRNA，但不翻譯為蛋白質(zhì)。已知這類RNA有20多種，例如人的xistRNA和X染色體的XIST結(jié)合，使此X染色體失去轉(zhuǎn)錄活性。(8)tmRNA，本身既是tRNA又是mRNA，翻譯時一身二任。如大腸桿菌中的10SaRNA。

(9)小胞質(zhì)RNA(small

cytoplasmicRNA，scRNA)，存在于細(xì)胞質(zhì)中的小RNA分子。如信號識別顆粒(signalrecognitionparticle，SRP)組分中含有的7SRNA。(10)小核RNA(smallnuclearRNA,snRNA),是剪接體的組分。(11)核仁小RNA(small

nucleolarRNA，snoRNA)，參與rRNA的加工。(12)端粒酶RNA，是真核生物端粒復(fù)制的模板。(13)反義RNA(antisenseRNA),可通過與靶位序列互補而與之結(jié)合的RNA，或直接阻止靶序列功能,或改變靶部位構(gòu)象而影響其功能。(14)小RNA(smallRNA)，作為基因表達(dá)的抑制子。包括小干擾RNA(shortinterferingRNAs,siRNA)、小時序性RNA(smalltemporalRNAs,stRNA)、小非編碼RNA(tiny

noncodingRNA)、微小RN(microRNAs,miRNA)等。主要包括siRNA和miRNA兩大類。另外,在DNA復(fù)制過程中的引物也是RNA，因其不單獨存在并很快降解，未將其作為一類。RNA結(jié)構(gòu)的特征（1）雙股螺旋，是RNA分子中的雙鏈區(qū)，為A型右手螺旋；（2）發(fā)夾環(huán)，為與螺旋一端兩條鏈連接的非配對的單鏈區(qū)。由雙股螺旋及與其連接的發(fā)夾環(huán)共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為莖環(huán)結(jié)構(gòu)；（3）單堿基突起及突環(huán)，單堿基突起即在一個連續(xù)的螺旋中間突出的一個堿基，如果有連續(xù)的堿基突起則稱為突環(huán)；（4）內(nèi)部環(huán)，為隔開或連接2個螺旋的環(huán)區(qū)；（5）接合環(huán)，是連接3個以上螺旋的環(huán)區(qū)，也稱為支環(huán)；（6）單鏈區(qū)，常出現(xiàn)在RNA分子的端部。RNA是單鏈分子，因此，在RNA分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。在RNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對情況不象DNA中嚴(yán)格。G除了可以和C配對外，也可以和U配對。G-U配對形成的氫鍵較弱。RNA功能的多樣性，歸因十它可以通過大量的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)的相互作用，而體現(xiàn)出復(fù)雜的三維立體空間結(jié)構(gòu)。尤其是其結(jié)構(gòu)和功能基團的空間伸展、RNA折疊產(chǎn)生的靜電場等共同產(chǎn)生了可以和小分子、蛋白質(zhì)結(jié)合的潛在作用口袋。(A)duplex,(B)hairpinloop,(C)single-basebulge,(D)multiple-basebulge,(E)symmetricinternalloop(2:2),(F)asymmetricinternalloop(3:2),(G)mismatchloop,(H)three-stemjunction,and(I)four-stemjunction.InterferingwithmiRNAexocrinefunction.

miRNAregulationofinsulinsignallingandglucosehomeostasis.

二，RNA識別的小分子藥物

RNA的一個顯著特征是它能折疊成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),包含環(huán)、突起、假結(jié)和翻轉(zhuǎn)。這些結(jié)構(gòu)使得RNA分子在細(xì)胞中具有不同功能。從這一方面來講，RNA比DNA更像蛋白質(zhì)，后者缺乏柔韌性和多種不同的三級結(jié)構(gòu)。各種不同RNA靶標(biāo)所具有的獨一無二的結(jié)構(gòu)為小分子提供了潛在的結(jié)合位點。目前，以RNA為作用靶的藥物研究主要包括兩大類：一是傳染性疾病---新型抗菌和抗病毒藥物研制；另一類是非傳染性疾病